التحكم الإلكتروني بالسرعة

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Electronic speed control" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (January 2008) (Learn how and when to remove this message)

التحكم الإلكتروني في السرعة ( ESC ) عبارة عن دائرة إلكترونية تتحكم في سرعة المحرك الكهربائي وتنظمها . كما يمكنها أيضًا توفير الرجوع للخلف للمحرك والكبح الديناميكي . تُستخدم أدوات التحكم الإلكترونية المصغرة في السرعة في النماذج التي تعمل بالكهرباء والتي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو . تحتوي المركبات الكهربائية كاملة الحجم أيضًا على أنظمة للتحكم في سرعة محركات الدفع الخاصة بها.

تتبع وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة إشارة مرجعية للسرعة (مشتقة من ذراع الخانق أو عصا التحكم أو أي إدخال يدوي آخر) وتغير معدل تبديل شبكة من ترانزستورات التأثير الميداني (FETs). ^[1] من خلال ضبط دورة العمل أو تردد تبديل الترانزستورات، تتغير سرعة المحرك. إن التبديل السريع للتيار المتدفق عبر المحرك هو ما يجعل المحرك نفسه يصدر صوته المميز عالي النبرة، والذي يمكن ملاحظته بشكل خاص عند السرعات المنخفضة.

تتطلب محركات التيار المستمر ذات الفرشاة ومحركات التيار المستمر عديمة الفرشاة أنواعًا مختلفة من أدوات التحكم في السرعة . يمكن التحكم في سرعة المحرك ذي الفرشاة عن طريق تغيير الجهد على محركه. (صناعيًا، يمكن أيضًا التحكم في سرعة المحركات ذات لفات المجال الكهرومغناطيسي بدلاً من المغناطيس الدائم عن طريق ضبط قوة تيار مجال المحرك .) يتطلب المحرك عديم الفرشاة مبدأ تشغيل مختلفًا. يتم تغيير سرعة المحرك عن طريق ضبط توقيت نبضات التيار التي يتم توصيلها إلى اللفات المتعددة للمحرك.

إن أنظمة التحكم الإلكتروني في السرعة بدون فرشاة تعمل بشكل أساسي على إنشاء طاقة تيار متردد ثلاثية الطور ، مثل محرك التردد المتغير ، لتشغيل المحركات بدون فرشاة . تحظى المحركات بدون فرشاة بشعبية كبيرة بين هواة الطائرات التي يتم التحكم فيها عن بعد بسبب كفاءتها وقوتها وطول عمرها وخفة وزنها مقارنة بالمحركات التقليدية ذات الفرشاة. تعتبر وحدات التحكم في المحركات ذات التيار المستمر بدون فرشاة أكثر تعقيدًا من وحدات التحكم في المحركات ذات الفرشاة. ^[2]

تختلف المرحلة الصحيحة للتيار المغذي للمحرك باختلاف دوران المحرك، والذي يجب أن يأخذه ESC في الاعتبار: عادةً، يتم استخدام EMF العكسي من لفائف المحرك للكشف عن هذا الدوران، ولكن توجد اختلافات تستخدم مستشعرات مغناطيسية منفصلة ( تأثير هول ) أو أجهزة كشف بصرية. تحتوي عناصر التحكم في السرعة القابلة للبرمجة بواسطة الكمبيوتر بشكل عام على خيارات محددة من قبل المستخدم والتي تسمح بتعيين حدود قطع الجهد المنخفض والتوقيت والتسارع والكبح واتجاه الدوران. يمكن أيضًا عكس اتجاه المحرك عن طريق تبديل أي اثنين من الأسلاك الثلاثة من ESC إلى المحرك.

يتم تصنيف وحدات التحكم الإلكترونية عادةً وفقًا للحد الأقصى للتيار ، على سبيل المثال، 25 أمبير (25 أمبير). بشكل عام، كلما زاد التصنيف، كلما كانت وحدة التحكم الإلكترونية أكبر وأثقل وزنًا، وهو عامل عند حساب الكتلة والتوازن في الطائرات. تدعم العديد من وحدات التحكم الإلكترونية الحديثة بطاريات هيدريد النيكل المعدني وبوليمر أيون الليثيوم وفوسفات الحديد الليثيوم مع مجموعة من جهد الإدخال والقطع. يعد نوع البطارية وعدد الخلايا المتصلة اعتبارًا مهمًا عند اختيار دائرة إزالة البطارية (BEC)، سواء كانت مدمجة في وحدة التحكم أو كوحدة مستقلة. سيؤدي عدد أكبر من الخلايا المتصلة إلى انخفاض تصنيف الطاقة وبالتالي انخفاض عدد المؤازرات التي يدعمها BEC متكامل، إذا كان يستخدم منظم جهد خطي. لا ينبغي أن يكون لدائرة إزالة البطارية المصممة جيدًا باستخدام منظم تبديل قيد مماثل.

تحتوي معظم وحدات التحكم الإلكترونية الحديثة على متحكم دقيق يفسر إشارة الإدخال ويتحكم في المحرك بشكل مناسب باستخدام برنامج مدمج أو برنامج ثابت. في بعض الحالات، من الممكن تغيير البرنامج الثابت المدمج في المصنع ببرنامج ثابت بديل مفتوح المصدر ومتاح للجمهور. يتم ذلك بشكل عام لتكييف وحدة التحكم الإلكترونية مع تطبيق معين. يتم بناء بعض وحدات التحكم الإلكترونية في المصنع مع إمكانية ترقية البرامج الثابتة بواسطة المستخدم. تتطلب وحدات أخرى اللحام لتوصيل المبرمج. تُباع وحدات التحكم الإلكترونية عادةً كصناديق سوداء ببرامج ثابتة خاصة. اعتبارًا من عام 2014، بدأ مهندس سويدي يُدعى بنيامين فيدر مشروع وحدة تحكم إلكترونية مفتوح المصدر يُسمى لاحقًا VESC. ^[3] اجتذب مشروع VESC منذ ذلك الحين الانتباه لخيارات التخصيص المتقدمة وسعر البناء المعقول نسبيًا مقارنة بوحدات التحكم الإلكترونية الأخرى عالية الجودة. ^[4]

تُستخدم وحدات التحكم الإلكترونية عالية التيار الكبيرة في السيارات الكهربائية، مثل نيسان ليف ، وتيسلا رودستر (2008) ، وموديل إس ، وموديل إكس ، وموديل 3 ، وشيفروليه بولت . عادةً ما يتم قياس استهلاك الطاقة بالكيلووات (تستخدم نيسان ليف، على سبيل المثال، محركًا بقوة 160 كيلووات ينتج عزم دوران يصل إلى 340 نيوتن متر). تتميز معظم السيارات الكهربائية المنتجة بكميات كبيرة بوحدات تحكم إلكترونية تلتقط الطاقة عندما تتحرك السيارة أو تفرمل، باستخدام المحرك كمولد وإبطاء السيارة. تُستخدم الطاقة الملتقطة لشحن البطاريات وبالتالي توسيع نطاق قيادة السيارة (يُعرف هذا بالكبح المتجدد ). في بعض المركبات، مثل تلك التي تنتجها تسلا، يمكن استخدام هذا لإبطاء السرعة بشكل فعال بحيث لا تكون فرامل السيارة التقليدية مطلوبة إلا بسرعات منخفضة للغاية (يقل تأثير كبح المحرك مع تقليل السرعة). وفي سيارات أخرى، مثل نيسان ليف، لا يوجد سوى تأثير "سحب" طفيف عند السير بالانزلاق، ويقوم نظام التحكم الإلكتروني بالثبات بتعديل التقاط الطاقة بالترادف مع المكابح التقليدية لإيقاف السيارة.

عادةً ما تتمتع وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة المستخدمة في السيارات الكهربائية المنتجة بكميات كبيرة بقدرة عكسية، مما يسمح للمحرك بالعمل في كلا الاتجاهين. قد تحتوي السيارة على نسبة تروس واحدة فقط، ويعمل المحرك ببساطة في الاتجاه المعاكس لجعل السيارة تسير في الاتجاه المعاكس. تتمتع بعض السيارات الكهربائية ذات محركات التيار المستمر بهذه الميزة أيضًا، باستخدام مفتاح كهربائي لعكس اتجاه المحرك، ولكن البعض الآخر يدير المحرك في نفس الاتجاه طوال الوقت ويستخدم ناقل حركة يدوي أو أوتوماتيكي تقليدي لعكس الاتجاه (عادةً ما يكون هذا أسهل، لأن السيارة المستخدمة للتحويل بها ناقل حركة بالفعل، ويتم ببساطة تثبيت المحرك الكهربائي بدلاً من المحرك الأصلي).

يتطلب المحرك المستخدم في تطبيق الدراجة الكهربائية عزم دوران أولي مرتفع وبالتالي يستخدم مستشعرات تأثير هول لقياس السرعة. تستخدم وحدات التحكم في الدراجات الكهربائية عمومًا مستشعرات تطبيق الفرامل ومستشعرات دوران الدواسة، وتوفر سرعة محرك قابلة للتعديل بواسطة مقياس الجهد، والتحكم في السرعة في حلقة مغلقة لتنظيم السرعة بدقة، ومنطق حماية من الجهد الزائد والتيار الزائد والحماية الحرارية. في بعض الأحيان، تُستخدم مستشعرات عزم الدوران للدواسة لتمكين مساعدة المحرك بشكل متناسب مع عزم الدوران المطبق، وفي بعض الأحيان يتم توفير الدعم للكبح المتجدد ؛ ومع ذلك، فإن الكبح غير المتكرر والكتلة المنخفضة للدراجات تحد من الطاقة المستردة. تم وصف التنفيذ في ورقة بيضاء بواسطة Zilog على وحدة تحكم محرك محور الدراجة الكهربائية ^{[5] لمحرك} كهربائي تيار مستمر بدون فرشاة بقوة 200 وات و24 فولت (BLDC). ^[6]

قد يظهر PAS أو PAS ضمن قائمة مكونات مجموعات التحويل الكهربائي للدراجات، مما يعني مستشعر مساعدة الدواسة أو مستشعر مساعدة الدواسة النبضي في بعض الأحيان . يرتبط النبض عادةً بمغناطيس ومستشعر يقيس سرعة دوران العمود المرفقي. من الممكن وجود مستشعرات ضغط الدواسة أسفل القدمين ولكنها ليست شائعة. ^[7]

يمكن أن يكون ESC وحدة مستقلة يتم توصيلها بقناة التحكم في دواسة الوقود في جهاز الاستقبال أو يتم دمجها في جهاز الاستقبال نفسه، كما هو الحال في معظم المركبات التي يتم التحكم فيها عن بعد والتي تستخدم في الألعاب. يستخدم بعض مصنعي المركبات التي يتم التحكم فيها عن بعد الذين يقومون بتثبيت إلكترونيات خاصة بهم في مركباتهم أو سفنهم أو طائراتهم التي تستخدم في مستوى الدخول إلكترونيات على متن الطائرة تجمع بين الاثنين على لوحة دائرة واحدة .

قد تتضمن أدوات التحكم الإلكترونية في السرعة لمركبات RC النموذجية دائرة إزالة البطارية لتنظيم الجهد للمستقبل ، مما يزيل الحاجة إلى بطاريات مستقبل منفصلة. قد يكون المنظم خطيًا أو مبدلاً . تعد وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة، بالمعنى الأوسع، وحدات تحكم PWM للمحركات الكهربائية. تقبل وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة عمومًا إشارة إدخال سيرفو PWM اسمية بتردد 50 هرتز يتراوح عرض نبضتها من 1 مللي ثانية إلى 2 مللي ثانية. عند تزويدها بنبضة بعرض 1 مللي ثانية عند 50 هرتز، تستجيب وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة بإيقاف تشغيل المحرك المتصل بمخرجها. تعمل إشارة إدخال بعرض نبضة 1.5 مللي ثانية على تشغيل المحرك بسرعة نصف السرعة تقريبًا. عند تقديم إشارة إدخال بعرض 2.0 مللي ثانية، يعمل المحرك بأقصى سرعة.

تتميز وحدات التحكم الإلكترونية المصممة للاستخدام الرياضي في السيارات عمومًا بقدرتها على الرجوع إلى الخلف؛ ويمكن لعناصر التحكم الرياضية الأحدث أن تتغلب على قدرة الرجوع إلى الخلف بحيث لا يمكن استخدامها في السباق. تتمتع عناصر التحكم المصممة خصيصًا للسباقات وحتى بعض عناصر التحكم الرياضية بميزة إضافية تتمثل في القدرة على الكبح الديناميكي. تجبر وحدة التحكم الإلكترونية المحرك على العمل كمولد عن طريق وضع حمل كهربائي عبر المحرك. وهذا بدوره يجعل المحرك أكثر صعوبة في الدوران، وبالتالي إبطاء أو إيقاف النموذج. تضيف بعض وحدات التحكم ميزة الكبح المتجدد .

لا تتطلب وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة المصممة للطائرات المروحية التي يتم التحكم فيها عن بعد ميزة الكبح (نظرًا لأن المحمل أحادي الاتجاه قد يجعلها عديمة الفائدة على أي حال) كما أنها لا تتطلب الاتجاه المعاكس (على الرغم من أنها قد تكون مفيدة نظرًا لأن أسلاك المحرك غالبًا ما يكون من الصعب الوصول إليها وتغييرها بمجرد تثبيتها).

توفر العديد من وحدات التحكم الإلكترونية في المروحيات المتطورة " وضع الحاكم " الذي يثبت سرعة دوران المحرك في الدقيقة على سرعة محددة، مما يساعد بشكل كبير في الطيران القائم على CCPM . كما يتم استخدامه في الطائرات الرباعية المروحيات.

تحتوي وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة المصممة للطائرات التي يتم التحكم فيها عن بعد عادةً على بعض ميزات الأمان. إذا كانت الطاقة القادمة من البطارية غير كافية لمواصلة تشغيل المحرك الكهربائي، فإن وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة ستقلل أو تقطع الطاقة عن المحرك مع السماح باستمرار استخدام الجنيحات والدفة ووظيفة المصعد . يسمح هذا للطيار بالاحتفاظ بالسيطرة على الطائرة للانزلاق أو الطيران بقوة منخفضة من أجل السلامة .

إن وحدات التحكم الإلكترونية المصممة للقوارب مقاومة للماء بالضرورة. والبنية المقاومة للماء تختلف بشكل كبير عن تلك الموجودة في وحدات التحكم الإلكترونية غير البحرية، حيث تحتوي على غلاف محكم أكثر تماسكًا لاحتجاز الهواء. وبالتالي تنشأ الحاجة إلى تبريد المحرك ووحدة التحكم الإلكترونية بشكل فعال لمنع الفشل السريع. يتم تبريد معظم وحدات التحكم الإلكترونية المخصصة للقوارب بالمياه المتداولة التي تعمل بواسطة المحرك، أو الفراغ السلبي للمروحة بالقرب من مخرج عمود الدفع. ومثل وحدات التحكم الإلكترونية للسيارات، تتمتع وحدات التحكم الإلكترونية للقوارب بقدرة الكبح والرجوع للخلف.

تُعد وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة (ESC) مكونًا أساسيًا للطائرات الرباعية المروحية الحديثة (وكل الطائرات متعددة الدوارات)، حيث توفر طاقة تيار متردد ثلاثية الطور عالية الطاقة وعالية التردد وعالية الدقة لمحرك في حزمة مصغرة للغاية ومدمجة. تعتمد هذه الطائرات بالكامل على السرعة المتغيرة للمحركات التي تدير المراوح. يمنح التحكم الدقيق في السرعة على نطاق واسع في سرعة المحرك/المروحة كل التحكم اللازم للطيران للطائرة الرباعية المروحية (وكل الطائرات متعددة الدوارات).

يمكن لـ ESCs رباعية المراوح عادةً استخدام معدل تحديث أسرع مقارنة بإشارة 50 هرتز القياسية المستخدمة في معظم تطبيقات التحكم عن بعد الأخرى. يتم استخدام مجموعة متنوعة من بروتوكولات ESC بخلاف PWM للطائرات متعددة الدوارات الحديثة، بما في ذلك Oneshot42 وOneshot125 وMultishot وDShot. DShot هو بروتوكول رقمي يوفر مزايا معينة على التحكم التناظري الكلاسيكي، مثل الدقة الأعلى ومجموعات اختبار CRC وعدم وجود انجراف المذبذب (إزالة الحاجة إلى المعايرة). يمكن لبروتوكولات ESC الحديثة التواصل بسرعات 37.5 كيلو هرتز أو أكثر، حيث يستغرق إطار DSHOT2400 6.5 ميكروثانية فقط. ^{[8] [9]}

تعتمد أغلب القطارات النموذجية الكهربائية على الكهرباء المنقولة عبر القضبان أو عبر سلك علوي إلى المركبة، وبالتالي لا يلزم وجود نظام التحكم الإلكتروني في السرعة على متن القطار. ولكن هذا لا ينطبق على القطارات النموذجية المزودة بأنظمة توجيه رقمية تسمح لقطارات متعددة بالسير على نفس المسار بسرعات مختلفة في نفس الوقت.

• وحدة التحكم الإلكترونية ، نظام التحكم في إلكترونيات السيارات
• موصل JST ، عائلة الموصلات الكهربائية
• وحدة تحكم المحرك ، تستخدم لتنسيق أداء المحرك الكهربائي
• خنق

• ما هو جهاز التحكم بالسرعة الإلكتروني وكيف يعمل جهاز التحكم بالسرعة الإلكتروني؟